SU983669A1

SU983669A1 - Method of nutrient medium continuous sterilization automatic controlling

Info

Publication number: SU983669A1
Application number: SU813281660A
Authority: SU
Inventors: Леонид Петрович Лосев; Виктор Павлович Сахаров; Валерий Максимович Холопов; Григорий Иванович Предеин; Борис Васильевич Пестов
Original assignee: Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-12-23

Description

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ(54) METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF THE PROCESS OF CONTINUOUS STERILIZATION OF THE FOOD MEDIUM

1one

Изобретение относитс к способам автоматического управлени процессом непрерывной стерилизации питательных сред и может бьзть применено в микробиологической , медицинской и пищевой отрасл х промыиленности, например, при стерилизации питательных сред в производстве антибиотиков.The invention relates to methods for automatically controlling the process of continuous sterilization of nutrient media and can be applied in the microbiological, medical and food industries, for example, when sterilizing nutrient media in the production of antibiotics.

Известен способ автоматического регулировани процесса непрерывной стерилизации сред, который осуществл етс путем стабилизации температуры образующейс смеси за счет одно- , временного воздействи на расходы питательной среды и пара при стабилизированном давлении смеси в выдерживателе 1 Недостатком данного способа вл етс то, что при незначительных ко-лебани х параметров питательной среды и в услови х быстротечного процесса пр мого нагрева (12-17 с) не обеспечиваетс поддержание температуры смеси на выходе нагревател в заданных технологией пределах, а кроме того, одновременное непрерывное регулирование расходов пара и питательной среды при изменении плотности , в зкости и температуры последней ниже расчетных значений, вслед- ,A known method of automatic control of the process of continuous sterilization of media, which is carried out by stabilizing the temperature of the resulting mixture due to the simultaneous, temporary impact on the flow of the nutrient medium and steam at a stable pressure of the mixture in the incubator 1, the disadvantage of this method is that with minor oscillations x parameters of the nutrient medium and in the conditions of the fast-current process of direct heating (12–17 s) the temperature of the mixture at the outlet of the heater is not maintained x technology limits, and besides, simultaneous continuous regulation of steam costs and the culture medium at change of density, viscosity and temperature below the last calculated values vsled-,

ствие инерционности систем регулировани , сопровождаетс -нарушением соотношени фаз питательна среда 1пар и, как следствие, режима стерилизации , выражающегос в проскоках пара-В выдерживатель.The effect of the inertia of the control systems is accompanied by the violation of the phase ratio of the nutrient medium 1 pair and, as a result, the sterilization regime, which is expressed in the para-B slip, the soaker.

Наиболее близким техническим решением вл етс способ автоматичес-кого управлени процессом непрерыв10 ной стерилизации питательной среды, предусматривающей регулирование температуры нагрева стерилизуемой среды путем изменени подачи питательной среды и острого пара, причем измене15 ние подачи острого пара осуществл ют с учетом.температуры среды после нагревател 2.The closest technical solution is the method of automatic control of the process of continuous sterilization of the nutrient medium, which involves adjusting the heating temperature of the medium to be sterilized by changing the supply of the nutrient medium and live steam, and changing the flow of hot steam after the heating medium 2.

Недостатком этого способа вл ет20 с то, что возникают незатухающие колебани температуры смеси на выходе нагревател с амплитудой перепада +4,3с, -а это приводит к тому, что при стерилизации питательных средThe disadvantage of this method is that 20 there are continuous oscillations in the temperature of the mixture at the exit of the heater with a differential amplitude of + 4.3 s, and this leads to the fact that during sterilization of nutrient media

25 дл биосинтеза тетраллимина и других антибиотиков, дл которых недопустимы колебани температуры ниже 140 С и выше , в одних случа х не исключаетс проскок нестерильной питательной среды в ферментер, а в другом , за счет перегрева, ухудшение ее свойств. Цель изобретени - повышение качества стерилизации. Указанна цель достигаетс тем, что, согласно способу автоматического управлени процессом непрерыв .ной стерилизации питательной среды, Т1редусматривающему регулирование температуры нагрева стерилизуемой ср ды путем изменени подачи питательно среды и острого пара, причем измене-ние подачи острого пара осуществл ют с учетом температуры среды после нагревател . изменение подачи пи тательной среды осуществл ют в зависимости от рассогласовани текущего значени температуры среды после нагревател от граничных максимально и минимально допустиш-ах значений .температуры, соответствующих виду стерилизуемой среды. На чертеже изображена блок-схема системы автоматического управлени . Стерилизуема среда подаетс в нагреватель 1, в который одновременно вводитс пар. Образовавша с смесь поступает в вьщерживатель 2. Схема управлени включает датчик 3 температуры, установленный на выходе смеси из нагревател 1, одновременно св занный с регул тором 4 температуры , регул тором 5 расхода сте рилизуемрй среды и блоком 6 управлени . Регул тор 4 температуры св зан с исполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи пара в нагреватель 1. Регул тор 5 расхода стерилизуемой среды св зан с исполнительным механизмом 8, установленНЫ1Л на линии подачи стерилизуемой среды в нагреватель 1. Блок б управЛенин св зан с регул тором 5 расхода стерилизуемой средн. Датчик 9 давлени , установленный на выходе выдержи вател 2, св зан с регул тором 10 давлени , а последний св зан с исполнительным механизмом 11, установленным на выходной линии выдерживате л 2. Температура стерилизации, например , питательной среды, используемой дл процессов ферментации в про изводстве такого антибиотика как окситетрациклин, не должна выходить за пределы значений 140-148 С. Отклонение температуры стерилизации ниже 140С может вызвать проскок нестерильной питательной среды в ферментатор и последующее развитие в нем вместе с культурой посторонней микрофлоры. Последнее сопровождаетс резким снижением эффективнос ти процесса биосинтеза в ферментатоpax -и зачастую приводит к преждевременному его прекращению и браку. Отклонение температуры стерилизации выше 149° С вЕ.13ывает перегрев питательной среды и резкое ухудшение ее свойств, что в свою очередь отражаетс на технико-экономических показател х процесса биосинтеза. Автоматическое управление процессом непрерывной стерилизации питательной среды осуществл ют следующим образом. Сигнал от датчика 3 температуры одноврег1енно ввод т в качестве переманной величины в регул тор 4 температуры; , реализующий, например, пропорционально-интегральный закон регулировани , в блок 6 управлени и в регул тор 5 расхода стерилизуемой среды, реализующий, например, пропорциональный закон регулировани . Регул тор 4 температуры, отрабатыва входное воздействие, формирует на своем выходе командный сигнал , которым воздействуют на исполнительный механизм 7, установленный на линии подачи пара в нагреватель 1. Регул тор 5 расхода стерилизуемой среды, отрабатыва входное воздействие , формирует на своем выходе командный сигнал, которым возлействует на исполнительный механизм 8, установленный на линии подачи питательной среды в нагреватель 1. В блок 6 управлени ввод т дополнительно два сигнала задани , из которых один устанавливают на уровне несколько большем, чем значение нижней границы допустимых отклонений температуры стерилизации по регламенту , например 142с, а другой на уровне несколькоменылем, чем значение верхней границы допустимых отклонений температуры стерилизации, например 146С. Этими сигналами задани в блоке б управлени создают зону с границами нечувствительности, например в +2с. При температуре смеси на выходе нагревател 1, лежащей в зоне нечувствительности блока б управлени , например, в пределах 142-146 С, последний формирует на своем выходе единичный управл ющий сигнал, которым запирают отключающее реле регул тора 5 расхода стерилизуемой среды. При зтом исполнительный механизм 8, управл емый регул тором 5 расхода стерилизуемой среды, отсекаетс от последнего, а командный сигнал, например пневматический, наход щийс в канале между отключающим реле регул тора -5 расхода стерилизуемой среды и исполнительньцу механизмом 8,, остаетс на том значении, которое он имел в момент срабатывани отключающего реле. Заполненному таким образом в канале св зи командному сигналу соответствует строго определенное положение исполнительного механизма 8, который в этом случае, выполн функции посто нного дроссел , создает опрелеленный режим дросселировани потока питательнойсреды. . Поддчержание температуры смеси на выходе нагревател 1 в заданных пре делах при фиксированном положении исполнительного механизма 8 осущест вл ют контуром регулировани расход пара, подаваемого в нагреватель 1, который поддерживает определенное оотногзение питательна среда - пар Колебани параметров питательной среды (температура, плотность, в зкость ) при фиксированном ее расходе в нагреватель 1 сопровождаютс коле бани ми температуры образующейс смеси на его выходе. При выходе температуры смеси за пределы зоны нечувствительности блока б управлени , например, в сторону уменьшени , последний срабатывает и снимает со сво его выхода единичный управл ющий си нал, которым было заперто отключающее реле регул тора 5 расхода стерилизуемой среды, тем саг.1ым осущест вл подключение его выхода к испол нительному механизму 8. Регул тор 5 расхода стерилизуемой среды, под вли нием измен ющегос сигнала, поступающего от датчика 3 температуры, формирует на своем выходе командный сигнал. Исполнительный механизм 8, отрабатыва этот ко мандный сигнал, измен ет свое положение , уменьша подачу питательной среды в нагреватель 1, Одновременно на выходе рехул тора 4 температуры, подвли нием измен ющегос сигнала, поступающего от датчика 3 температуры , формируетс командный сигнал. Исполнительный механизм 7, отрабатыва этот командный сигнал, измен ет свое положение, увеличива подачу пара в нагреватель 1. Поскольку регул тор 5 расхода стеризуемой среды, реализующему пропорциональный закон регулировани , присуще большее быстродействие, чем регул тору 4 температуры, реализующему пропорционально-интегральный закон регулировани , скорость изменени величины по.тока питательной среды несколько опережает скорость изменени величины потока пара. Уменьшение потока питательной сре ды в нагреватель 1 сопровождаетс уменьшением давлени в технологической системе нагреватель 1 - вьщерживатель 2. Сигнал об уменьшении дав лени , снимаемый с датчика 8 давлени , передают в регул тор 10 давлени , который, отрабатыва этот сиг .нал, выдает на исполнительный механизм 11 командный сигнал. Последний отрабатыва командный сигнал, измен ет свое положение так, чтобы изменением потока смеси после выдерживател 2 восстанавливалось давление в технологи 1еском контуре на уровне заданного. Изменение потока питательной среды и пара, подаваемых в.нагреватель 1 продолжаетс до тех пор, пока температура смеси на ВЕлходе нагревател 1 не достигнет границы зоны нечувствительности блока 6 управлени . При нагревании образовавшейс смеси до температуры, соответствуюмей. нижней границе зоны нечувствительности блока б управлени , последний срабатывает и формирует на своем выходе единичный управл ющий сигнал, которым запирает отключающее реле регул тора 5 расхода стерилизуемой среды. При ЭТОМ исполнительный механизм 8 отсекаетс от выхода регул тора 5 расхода стерилизуемой среды, а новое значение командного сигнала в канале св зи, соедин ющем регул тор 5 расхода стерилизуемой среды с исполнительным механизмом 8, запоминаетс . Этому значению командного сигнала соответствует новое положение исполнительного механизма 8, при котором он снова, выполн функции посто нного дроссел , создает новый, отличный от предыдугцего, режим дросселировани потока питательной среды. При увеличении температуры образующейс смеси на выходе нагревател 1 и выходе ее за пределы зоны нечувствительности блока 6 управлени последний срабатывает, подключа выход регул тора 5 расхода стерилизуемой среды к исполнительному механизму 8, который увеличивает поток питательной среды в нагреватель 1. В это же врем регул тор 4 температуры через исполнительный механизм 7 уменьшает величину потока пара. В остальном система будет работать по описанной выше схеме. Таким образом, система автоматического управлени при колебани х температуры смеси на выходе нагре1вател 1, выход щих за границы зоны нечувствительности блока б управлени , будет дискретно подключать регу-. л тор 5 расхода стерилизуемой среды к исполнительному механизму В, осуществл тем самым изменение потока питательной- среды и стабилизацию режима его тзросселировани на новом значении при возвращении температуры смеси в зону нечувствительности блока 6 управлени . Использование предлагаемого способа позволит в отличие от существующих поддерживать температуру смеси на выходе нагревател в заданных регламентном пределах без перегрева, что применительно к производству, напоиметэ антибиотиков, обеспечит получение питательных сред лучшего25 for the biosynthesis of tetrallymine and other antibiotics, for which temperature fluctuations below 140 ° C and above are unacceptable, in some cases, the penetration of the non-sterile nutrient medium into the fermenter is not excluded, and in the other, due to overheating, deterioration of its properties. The purpose of the invention is to improve the quality of sterilization. This goal is achieved by the fact that, according to the method of automatic control of the process of continuous sterilization of the nutrient medium, T1, which regulates the heating temperature of the sterilized stage by changing the supply of the nutrient medium and the steam, and taking into account the temperature of the steam after the heater . The change in the supply of nutrient medium is carried out depending on the mismatch of the current value of the medium temperature after the heater from the boundary maximum and minimum allowable values of the temperature corresponding to the type of medium being sterilized. The drawing shows a block diagram of the automatic control system. The sterilizable medium is supplied to the heater 1, into which steam is simultaneously introduced. Formed with the mixture enters the holder 2. The control circuit includes a temperature sensor 3, installed at the outlet of the mixture from the heater 1, simultaneously connected to the temperature controller 4, the sterilizing medium consumption regulator 5 and the control unit 6. The temperature controller 4 is connected with the actuator 7 installed on the steam supply line to the heater 1. The flow regulator 5 of the sterilized medium is connected to the actuator 8 and installed NO1 on the sterilized medium supply line to the heater 1. The control unit B is connected to the regulator The torus 5 consumption sterilized average. A pressure sensor 9 installed at the outlet of the holder 2 is connected to the pressure regulator 10, and the latter is connected to the actuator 11 installed on the output line of the holder 2. Sterilization temperature, for example, of the nutrient medium used for fermentation processes the production of such an antibiotic as oxytetracycline should not exceed 140-148 ° C. A deviation of the sterilization temperature below 140 ° C can cause the non-sterile nutrient medium to slip into the fermenter and subsequent development in it along with culture of extraneous microflora. The latter is accompanied by a sharp decrease in the efficiency of the biosynthesis process in fermentato-pax, and often leads to its premature termination and rejection. The deviation of the sterilization temperature above 149 ° C of BE.13 exposes overheating of the nutrient medium and a sharp deterioration in its properties, which, in turn, is reflected in the technical and economic indicators of the biosynthesis process. Automatic control of the process of continuous sterilization of the nutrient medium is carried out as follows. The signal from temperature sensor 3 is mono-modularly input as a variable value to temperature controller 4; , realizing, for example, a proportional-integral law of regulation, in control unit 6 and in the regulator 5 of the flow rate of the sterilized medium, realizing, for example, the proportional law of regulation. The temperature controller 4, after processing the input action, generates at its output a command signal that is applied to the actuator 7 installed on the steam supply line to the heater 1. The regulator 5 of the flow rate of the sterilized medium, after processing the input action, forms at its output a command signal which affects the actuator 8, installed on the supply line of the nutrient medium to the heater 1. In block 6 of the control, two additional reference signals are inputted, one of which is set at f somewhat greater than the lower limit of permissible sterilization temperature deviations in the regulations, for example 142c, and the other on neskolkomenylem level than the upper limit tolerance sterilization temperature, for example 146C. With these signals, the tasks in the control block b create an area with deadband, for example at + 2s. When the temperature of the mixture at the output of heater 1, which lies in the dead zone of the control block b, for example, is within 142-146 ° C, the latter generates a single control signal at its output, which blocks the shut-off relay of the flow rate regulator 5 of the medium to be sterilized. In this case, the actuator 8, controlled by the flow regulator 5 of the sterilized medium, is cut off from the latter, and the command signal, for example pneumatic, located in the channel between the shut-off relay of the flow regulator -5 of the sterilized medium and the actuator mechanism 8 ,, remains at that value which he had at the moment the tripping relay tripped. A command signal filled in such a way in a communication channel corresponds to a strictly defined position of the actuator 8, which in this case, performs the function of a constant throttle, creates a definite mode of throttling of the flow of the nutrient medium. . Maintaining the temperature of the mixture at the outlet of the heater 1 within the specified limits at a fixed position of the actuator 8 is the control loop for the flow of steam supplied to the heater 1, which supports a certain increase in nutrient medium - vapor Fluctuations of the parameters of the nutrient medium (temperature, density, viscosity) at a fixed flow rate into the heater 1, the temperature of the resulting mixture at its outlet is accompanied by the temperature of the mixture. When the temperature of the mixture goes beyond the insensitivity zone of the control block b, for example, downwards, the latter operates and removes a single control signal from its output with which the shut-off relay of the sterilized medium flow controller 5 is locked, so that connecting its output to the actuator 8. The regulator 5 of the flow rate of the sterilized medium, under the influence of a varying signal from the temperature sensor 3, generates a command signal at its output. The actuator 8, after processing this command signal, changes its position, reducing the supply of the nutrient medium to the heater 1. At the same time, at the output of the temperature monitor 4, by applying a variable signal from the temperature sensor 3, a command signal is generated. The actuator 7, after processing this command signal, changes its position by increasing the steam supply to the heater 1. Since the flow controller 5 of the medium being sterilized, which implements the proportional control law, has a higher speed than the temperature regulator 4, which implements the proportional-integral control law , the rate of change of the value of the nutrient medium current is slightly ahead of the rate of change of the value of the steam flow. The reduction of the flow of the nutrient medium to the heater 1 is accompanied by a decrease in pressure in the technological system. The heater 1 - clamp 2. The pressure decrease signal taken from the pressure sensor 8 is transmitted to the pressure regulator 10, which, working on this signal, gives the actuator mechanism 11 command signal. The latter, after working through the command signal, changes its position so that by changing the flow of the mixture after the pressure device 2, the pressure in the helix circuit is restored to the level specified. The change in the flow of the nutrient medium and steam supplied to the heater 1 continues until the temperature of the mixture at the Velkhod heater 1 reaches the limit of the dead zone of the control unit 6. When the resulting mixture is heated to a temperature, it is appropriate. The lower limit of the dead zone of the control block b, the latter is triggered and generates at its output a single control signal that locks the shut-off relay of the flow regulator 5 of the sterilized medium. At THIS, the actuator 8 is cut off from the output of the regulator 5 of the flow rate of the sterilized medium, and the new value of the command signal in the communication channel connecting the regulator 5 of the flow rate of the sterilized medium to the actuator 8 is memorized. This command signal value corresponds to the new position of the actuator 8, at which it again, performing the functions of a constant throttle, creates a new, different from the previous, mode of throttling of the flow of the nutrient medium. When the temperature of the resulting mixture at the output of the heater 1 and its output outside the dead zone of the control unit 6 is increased, the latter is triggered by connecting the output of the sterilized medium flow controller 5 to the actuator 8, which increases the flow of the nutrient medium to the heater 1. At the same time 4 temperature through the actuator 7 reduces the amount of steam flow. The rest of the system will work as described above. Thus, the automatic control system with fluctuations in the temperature of the mixture at the outlet of the heater 1, which goes beyond the dead zone of the control block b, will discretely connect the regul-. A torus 5 of the flow rate of the sterilized medium to the actuator B, thereby changing the flow of the nutrient medium and stabilizing its throttling mode at a new value when the temperature of the mixture returns to the dead zone of the control unit 6. Using the proposed method will allow, in contrast to the existing ones, to maintain the mixture temperature at the heater output in the prescribed prescribed limits without overheating, which, as applied to the production, napomete of antibiotics, will provide better nutrient media

качества и, как следствие, увеличение выхода продуктов биосинтеза.quality and, as a consequence, an increase in the yield of biosynthesis products.

Кроме того, поддержание температуры стерилизации в заданных пределах позволит повысить надежность процесса стерилизации за счет уменьшени веро тности инфицировани питательной среды и тем самым снизить веро тность заражени ферментаторов посторонней микрофлорой уже в начальной стадии процесса биосинтеза. Поеледнее сопровождаетс снижением веро тности прекращени ферментации из-за заражени и увеличением выпуска продуктов биосинтеза.In addition, maintaining the sterilization temperature within the prescribed limits will increase the reliability of the sterilization process by reducing the likelihood of infection of the nutrient medium and thereby reducing the likelihood of the fermenters infecting with extraneous microflora at the initial stage of the biosynthesis process. Lastly, it is accompanied by a decrease in the likelihood of the end of fermentation due to contamination and an increase in the output of biosynthesis products.

Claims

1. Fedoseev KG Physical bases and apparatus for the microbial synthesis of biologically active compounds.

M., Medicine, 1977, p. 86

2.Avtorskoye svide, USSR Ministry of Application No. 2960147/13,

cl. G 05 D 27/00, 1980.

d

-i

Sterile.

giving

The task